专利名称：流量检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流量检测器，包括一个测量室，一种流体可输入到该测量室内并且可以再输出，该流体的体积和/或流速要被测量；包括设置在测量室内的、可自由旋转地支承的测量装置元件；包括一个用于在测量室及其周围环境内产生一个磁场的磁铁；并且包括至少一个用于测量磁场和/或磁场变化的传感装置。
背景技术：
流量检测器也称作为容积传感器。它们在一般情况下构成为排挤式计数器(Verdrngerzhler)。例如为此是齿轮传感器、螺杆计数器、椭圆齿轮计数器、环形活塞计数器或者也可以是测量涡轮或齿轮计量泵。它们用于测量体积、流量或流速，一种介质在此也就是一种流体以该流速流过测量仪器。流体可以是液体、糊料或者也可以是气体。
从严格意义上讲流量检测器实际上经常不是测量仪器，因为分析电子设备不是该仪器的一部分，而是另外的。尽管如此经常使用流量测量仪器的概念，并且人们也提及测量室和测量装置元件等等。流量检测器经常也称作为容积传感器、流量传感器、流量测量仪器和其他形式。
容积传感器或流量检测器仅仅感知流量或流过的体积，并且把一个信号传给分析单元或分析电子设备，从该分析单元或分析电子设备上才得出一个测量值。下面使用“流量检测器”的概念。严格意义上仪器、检测器或传感器内的某些构件的混淆通过使用全称来避免。
以齿轮传感器形式的流量检测器或容积传感器例如由EP 0 053 575B1、EP 0 393 294 A1或DE 40 42 397 C2以及EP 0 741 279 B1已知。它们包括一个由两半组成的壳体。在其中一壳体半部内，在测量室内，一对圆形齿轮通过球轴承可以没有壁接触地自由旋转地支承在固定的轴上。两个齿轮互相啮合。介质通过一个第一孔输入两个齿轮更确切地说输入到所述的两个齿轮互相啮合的区域内，该介质的被输送的体积或其流速应该被确定。因此介质到达测量室内，该测量室交替地构成在两个齿轮的齿槽内。溢流的介质导致在齿轮的测量室内的介质量从入口端被输送到出口端，并且从而通过齿的运动使齿轮进入转动状态。两个齿轮在此反向转动。介质在齿轮的另一侧沿着流动方向在啮合区域后面通过一个第二孔又被输出。
另一壳体半部用在此流动的介质向上覆盖带有两个齿轮的测量室的区域。该介质密封地封闭测量室，并且防止流体流在齿轮的啮合区域外面可能流入到测量室内。两个壳体半部互相平面地贴合，在它们之间存在一个可想像的分隔平面。
永久磁铁例如在DE 40 42 397 C2，或载波频率传感器中如在EP 0741 279 B1中与齿轮的啮合区域相邻地设在壳体内，并且建立一个电磁场。所述的电磁场通过齿轮的齿或者通过其运动而变化。
此外第二壳体半部以已知的上面提到过的结构容纳一个磁敏元件差分检测器(Feldplattendifferenzialfühler)。磁敏元件差分检测器感知场的变化，该变化由转动的齿轮的齿的运动引起。
检测器在所述的已知的仪器中与需要测量的介质或流体通过一个无磁性的嵌件分开，该嵌件保护该检测器尤其是不承受由于介质引起的化学和物理应力。介质不仅可能有非常不同的温度和粘度，而且可能有化学腐蚀性。
这种防护不利地导致检测器与转动的齿轮的齿之间的距离，该距离使测量变得困难，并且限制其精度和可靠性。现在通过相应的极销或其他措施在附属的齿轮相对于磁敏元件差分检测器转动期间确定每个齿面的运动，并且向外传到相应的分析单元。
尤其在较大数量流量检测器时，经济方面具有重要意义。尽管如此在较大数量时精度和准确性也有重要意义。在许多情况下也在调节电路中根据测量结果调节流体的流速。
因此值得追求的是，用流量检测器尽可能精确地测量流体的流量和/或流速，所述的流量检测器是尽可能较少耗费的。
发明内容
因此本发明的目的是，提出一种流量检测器，该流量检测器使得特别经济的构思与同样准确的测量结果相关。
这个目的通过包括这样一种流量检测器解决，它包括一个测量室，一种介质(流体F)可输入到该测量室内并且可以再输出，该介质的体积和/或流速要被测量；包括设置在测量室内的、可自由旋转地支承的测量装置元件；包括一个用于在测量室及其周围环境内产生一个磁场的磁铁；包括至少一个用于测量磁场和/或磁场变化的传感装置，其中传感装置沿轴向与可自由旋转地支承的测量装置元件错开地设置，并且其中用于测量磁场的传感装置具有至少一个传感器，该传感器利用巨磁阻。
通常称作为GMR效应的巨磁阻能高灵敏度地指示磁场及其磁抗路径的变化。然而在与流量检测器的相互联系中到目前为止还没有采用巨磁阻。
在其他相互联系中例如由DE 296 12 946 U1已知，在探测齿轮时使用GMR传感器。由所述的已知结构构成的GMR传感器径向探测一个转动的齿轮的一个齿，可选的是，设置在相同轴上的齿轮对的各互相错开的齿。然而这种结构不适合于容积传感器，因为在那里必须始终有两个互相啮合的齿轮，所述的齿轮支承在一个带有窄公差的狭窄的壳体内。在GMR传感器的结构中，如所建议的那样，仅仅探测齿尖，这导致一个不准确的且不对称的电信号，并且从而导致相应不准确的流量和流速测量结果。此外在齿轮侧旁没有空间，或者严重妨碍整个系统以后装入到一个设备内。
在一种按DE 100 02 331 A1的旋转角测量器中建议，借助于一个GMR传感器和一个多级变速器获得一个转动部件的尽可能精确的角度测量。该变速器结构已妨碍所述构思应用到流量检测器和容积传感器中。
对于安装GMR传感器的所有建议涉及通常的环境条件，主要是室内温度和正常的压力情况。由NVE Corporation，Eden Prairie，Minnesota，USA(美国明尼苏达州伊甸园NVE公司)于2003年4月出版的“GMR-Sensors Data Book(GMR传感器数据手册)”中的广泛的应用实例同样提到正常的环境情况，必要时包括提高的温度。
因此到目前为止在容积传感器中使用GMR传感器还没有考虑过，因为在此可能出现从60MPa至80MPa(600至800bar)的压力和压力峰值，并且在这种极端负载情况下也还必须确保高精度的工作方式。此外需要测量的流体可能是导电的且是腐蚀性的液体，这不允许损害整个流量检测器的良好运转状态。
令人惊讶的是，通过按本发明的方案能显著改进传统的流量检测器，其中以合适的方式采用GMR传感器。这时GMR传感器不是径向装在齿轮外面，这如在DE 296 12 946 U1中那样，而是轴向直接装在齿轮或类似的元件附近。然而不同于现有技术，在流量检测器中它们在那里能明显更密封地且更近地设置在与齿相邻的测量室的内部上。
传感器的信号明显比在传统的仪器中强且大，以使它们在后置的装置例如在前置放大器或分析装置中能更好地和无故障地被处理。
特别有利的是，所述的GMR传感器可以以集成电路(IC)的形式建立。优选的是，使用GMR传感器的一个焊接在电子印刷电路板(Elektronikplatine)上的集成电路。该印刷电路板一方面建立传感器到分析单元的电连接，并且同时使仪器或测量室机械地相对于在内部的、处在压力狭的流体也就是相对于液体或者也相对于气体密封。
因为用这种方式传感器实际上能设置在测量室内部或者直接与之邻接地设置，不同于现有技术不再需要附加的、增加空间需求的无磁性的屏蔽，并且传感器可以用这种方式非常密封地引入到需要探测的齿轮、测量螺杆等的区域内。仅仅用填料的厚度分开传感器与需要测量的测量装置元件。所述填料的厚度一方面是非常小的，另一方面与外部的边界条件非常小地相关。
同时印刷电路板可以用于固定和定位磁铁。一个或多个磁铁在现有技术中也已经当然是必需的，以便建立磁场。相应磁场的变化如讨论过的由齿轮的齿穿过磁场的运动引起。然后所述的变化传统地通过磁敏元件差分检测器进行测量和分析。
按本发明也需要一个磁场。在本发明中也通过一个或多个磁铁建立。但是到目前为止所述的磁铁必须单独同样防护地一起设置在壳体内，按本发明印刷电路板同样可以容纳、固定和/或定位磁铁，该印刷电路板也支承集成电路。由磁铁建立的磁场又通过齿轮的齿或者通过在流量检测器的其他形式中的其他测量装置元件改变。然而现在GMR传感器确定另一效应，即通过变化对巨磁阻的影响。
然而通过同时使用用于固定和定位磁铁的印刷电路板可以去掉附加的构件，并且还能更简单地构成流量检测器。
印刷电路板可以在外面通过一个O形环密封。
印刷电路板本身有层间连接的孔，然后例如需要的电缆可以焊接到所述孔内。
因此实际上去掉所有在现有技术中例如按DE 40 42 397 C2还要使用的构件，也就是连接销或用于容纳销的固定板，同样例如不再需要的无磁性的嵌件。集成电路(IC)和印刷电路板实际上在压力腔内的使用带以及提到过的安装时的工作方式是特别经济的。除了磁铁和印刷电路板的集成电路，实际上不再需要其他构件。
另一个优点以如下方式产生，即合适地用于分析装置的的惠斯登电桥现在可以完整地设置在仪器内，更确切地说与惠斯登电桥的两个支路构成整体。由此导致，两个支路处于实际上相同的温度水平，以便不必再由于两个支路的变化的温度而通过计算修正测量值。
对于磁铁优选使用钐钴磁铁，因为该磁铁与温度无关地工作，并且从而相对于钕基的磁铁是有利的。
本发明不仅可以在齿轮传感器中，而且可以在其他流量检测器或容积传感器中使用，例如在螺杆计数器、椭圆齿轮计数器、环形活塞计数器或者也可以在测量涡轮或在齿轮计量泵中使用。代替齿轮的齿的情况，在那里在其他测量装置元件中进行测量，所述的测量装置元件采用等效的方式，通常是转动的。
巨磁阻是一种确定的效应，该效应由于由铁磁性的和无铁磁性的层构成的多层的电阻的变化而产生，所述的各层相应只有若干毫微米厚。所述的电阻的变化在磁场接近时产生。因此在本发明中实际上可以利用巨磁阻，即上述变化由于测量装置元件的运动也就是例如由于齿轮的齿的运动根据磁场的变化进行测量。
按本发明的构思导致高的灵敏度和大的测量范围。
另外也特别有利的是，通过本发明能产生一个非常有规律的正弦信号作为输出信号。有规律的正弦信号能特别可靠地进行分析，并且此外也能详细地检查正弦信号的各个分区域，这提供其他的使用可能性。
也有利的是，用于按本发明的流量检测器的相应传感器能非常实用地和经济地制造。印刷电路板在此在利用时进行制造并且自动装备。
来自测量室区域也就是来自压力腔的电连接可以通过在印刷电路板的层间连接的孔内的焊接得以实现。这样的连接是特别安全的并且也能抵抗在测量室内的流体区域内的非常高的压力和温度负荷。
在此优选的是，传感器借助于一根带状电缆与一个控制装置电连接，并且带状电缆感器从传感器通过流量检测器的壳体内的一个孔导引到控制装置内。
控制装置在此优选是一个前置放大器。此时带状电缆构成从传感器到前置放大器的连接。前置放大器本身是按本发明的仪器的组成部分并且把由它处理的数据向外传给一个分析单元。
下面借助于附图详细解释本发明的一个实施例。其中图1一种按本发明的流量检测器沿着图2的剖面线A-A的垂直剖面图；图2图1的流量检测器的部分省略的俯视图；图3图1中的细部X的放大的局部视图；图4按本发明的一种流量检测器的部分区域的剖面图；和图5图1的部分区域的俯视图；图6一种按本发明采用的惠斯登电桥的示意图。
具体实施例方式
图1作为概况示出一种按本发明的流量检测器的剖面图。剖面图不是在一个精确的平面上而是多次前后跳跃的，以便更好地显示流量检测器的各细部。准确的前后跳跃的剖面线可以在图2中得出。
特别可见流量检测器的一个壳体10。壳体10特别是具有三个彼此重叠平放的板状的元件，即一个底板11、一个中间件12和一个盖板13。在此底板11和中间件12合并成可与第一壳体半部相比，该第一壳体半部在现有技术DE 40 40 397 C2中提到。
底板11、中间件12和盖板13通过配合螺栓16以及固定螺栓17互相连接。所述的连接必须一方面非常精确，另一方面非常坚固，因为在中间件12的内部区域有一个测量室20。
简略看一下图2示出从图1的上方看到的结构，在右侧可见配合螺栓16和固定螺栓17的头部。如图所示，在盖板13上侧的四周可见八个配合螺栓的头部和四个固定螺栓的头部，以便能均匀地、坚固地和紧密地拧紧这些螺栓。
在图1中还可见的是，不仅固定螺栓17而且配合螺栓16完全穿过带有底板11、中间件12和盖板13的壳体10。
测量室20仅仅构成在中间件12内，因此与此相应它在下面通过底板11并且在上面通过盖板13封闭，由此所述的底板和盖板构成测量室20的端壁。
底板11内的一个连接孔21导引到测量室20内。通过所述的连接孔21可以输入一种流体F，也就是在此关心的介质。在底板11内的一个第二连接孔在图1和2中不可见；通过所述的第二连接孔流体F在流过测量室20后再输出。
测量室20除了端壁之外四周被中间件12的壁包围，如也在图2左半部分的虚线的视图中示出，所述的端壁如提到过的由底板11和盖板13构成。此外设有O形环22(又参阅图1)，以便密封在中间件12的下侧和上侧为一方面和密封盖板13的下侧以及底板11的上侧为另一方面之间的缝隙。
在测量室20内有两个测量装置元件30和40。在所示的实施例中分别涉及齿轮。
在此在图2中从上方看在左侧可见第一齿轮或者第一测量装置元件30。在该测量装置元件的中间是轴31，为了该轴能自由旋转齿轮或第一测量装置元件30，一系列齿32从测量装置元件30的轴31向外突出。
在图1左侧仅仅示意地可见第一测量装置元件30，因为剖面图的剖面线A仅仅在第一测量装置元件30的边缘区域掠过测量室20。
为此在图1中完全剖面地示出第二测量装置元件40，在此也就是第二齿轮。在剖面图中可见轴41，并且还能看到齿42的两个齿面。此外可见一个轴承43的不同的元件，该轴承也确保第二测量装置元件40可自由地旋转。
两个测量装置元件30、40包括一种铁磁性的材料，当测量装置元件30、40绕着轴31、41旋转时，用该材料能显著影响磁场。
可见的是，两个测量装置元件30、40互相啮合，并且通过连接孔21输入的流体F用于反向旋转两个测量装置元件30、40。
在图1中相对较小地示出一个传感装置50。在图2中可见的是，在具体实施例中设有两个相似结构的传感装置50。两个传感装置在测量室20上面的一个区域内，第一测量装置元件30的齿32在该区域下面旋转掠过。第一测量装置元件30的铁磁特性导致影响和改变一个在传感装置50下面的磁场56。此处的细节下面还将说明。
两个传感装置50中的一个在图3中略微放大地示出。因此图3示出测量室20上面的盖板13的一个部分区域。在盖板13内挖出一个通道，在该通道内装入传感装置50。
传感装置50的主要元件是一个磁铁55，在此是一个圆形磁铁。它建立磁场56，该磁场由于测量装置元件30的铁磁特性而变化。
磁场的变化通过一个传感器52接收和采集，该传感器根据巨磁阻的物理效应工作。所述的传感器52几乎直接设置盖板13的下边缘上面，并且从而几乎无距离地设置在带有在测量室内旋转的第一测量装置元件30的测量室20上面。因此磁场56的变化实际上直接发生在传感器52的旁边，并且能高精度地且准确地被接收。
传感器52和磁铁55设置在一个印刷电路板60的两侧，并且与该印刷电路板连接。一个集成电路(未示出)也在所述的印刷电路板60上。印刷电路板60同时是一个压板。它通过一个O形环61在盖板13内部完全密封，因为如提到过的流体在紧贴在传感器52下面的测量室20内，所述的流体可以具有非常高的温度。在那里也可以存在高的压力，流体F也可以有化学或物理腐蚀性。印刷电路板60的压板特性与通过O形环61的密封性一起防止流体F进入到印刷电路板60后面的盖板13内，在图3中或图1中向上看。
印刷电路板60、磁铁55和带有测量巨磁阻特性的传感器52的电连接通过一个带状电缆62实现，该带状电缆在此示意地示出。
在带状电缆62周围的区域由一种填料65填满，以使保持电缆充分稳定并且防止外界物体从壳体外面侵入到所述区域内。
一个第二填料66填满带有压板特性的印刷电路板60与测量室20之间的区域，并且从而完全嵌入传感器52。在此希望一个光滑的表面，以使不出现流体F的流动行为(Strmungsverhalten)，该流动行为可能干扰测量。
在图1可见，连接通过带状电缆62导入到一个间隔板71内，通过该间隔板提供一个通向一个前置放大器72和在那里从流量检测器出来到一个分析单元73的连接。在此它们纯示意地示出。它们必要时可以更换，并且与流量检测器的具体的外部条件适配。
磁铁55在一种优选的实施方式中是一种钐钴磁铁，该磁铁产生磁场56。所述的磁场56延伸到测量室20以及与之相邻的周围区域内。磁场56尤其是穿透传感器52，该传感器在此按本发明是一个GMR传感器。磁场56被齿轮30的相邻的、正好在磁铁55和传感器52下面经过的齿32和附属齿槽通过旋转干扰。该交变的磁场56在GMR传感器内产生一个电信号，该信号在控制装置内在此也就是在前置放大器72内被放大和数字化。然后数字信号通过一个附加的、未示出的电缆导引到流量检测器外面的分析电子设备内，并且在那里被分析。
在图4中再次重复与图3类似形式的视图。由于显示的原因在此视图实际上是针对头部，因此在壳体10中的流量检测器的测量室20位于上方。在那里也示出，磁场56在所述的区域内，该磁场通过第一测量装置元件30的齿32的运动(未示出)有规律地变化。在此此外可以考虑的是，在测量装置元件没有齿轮的情况下代替齿也可以考虑其他元件。
在放大视图中又看到磁铁55和传感器52，该传感器利用巨磁阻的效应。
磁铁55和其他元件通过带状电缆62在图4的视图中向下导引与间隔板71以及在图3中描述的其他元件电连接。
图5再次示出图4的视图，更确切地说在此是从上方看的。因此看到填料66，还示出测量装置元件30的一个齿32，该齿正好在传感装置50下面，例如处在运动中，该齿在该运动中划过所述的区域。
在视图中填料66是透明的，这在实际中当然是不必的。因此通过填料66在本情况中能看见传感器52，能部分看见印刷电路板60，接头也通向该传感器。
在图6中示意地给出一个惠斯登电桥的结构，该电桥作为印刷电路板60上的集成电路的一部分包括GMR传感器52。
可见一个带有四个电阻的惠斯登电桥的通常的电路，其中三个是已知的，而第四个相应受磁场56影响。
附图标记列表10 壳体11 底板12 中间件13 盖板16 配合螺栓17 固定螺栓20 测量室21 连接孔22 用于测量室的O形环30 第一测量装置元件，尤其是第一齿轮31 第一测量装置元件30的轴32 第一测量装置元件30的齿40 第二测量装置元件，尤其是第二齿轮
41 第二测量装置元件40的轴42 第二测量装置元件40的齿43 第二测量装置元件40的轴承50 传感装置52 传感器55 磁铁56 磁场60 印刷电路板61 O形环62 带状电缆65 第一填料66 第二填料71 间隔板72 前置放大器73 分析单元F 流体
权利要求
1.一种流量检测器，包括一个测量室(20)，一种介质(流体F)可输入到该测量室内并且可以再输出，该介质的体积和/或流速要被测量；设置在测量室(20)内的、自由可旋转地支承的测量装置元件(30、40)；一个用于在测量室(20)及其周围环境内产生一个磁场(56)的磁铁(55)；至少一个用于测量磁场(56)和/或磁场(56)的变化的传感装置(50)；其中，传感装置(50)轴向与自由可旋转地支承的测量装置元件(30、40)错开地设置，并且用于测量磁场(56)的传感装置(50)具有至少一个传感器(52)，该传感器利用巨磁阻。
2.根据权利要求1所述的流量检测器，其特征在于传感装置(50)具有一个印刷电路板(60)，该印刷电路板构成为压板并且支承传感器(52)。
3.根据权利要求2所述的流量检测器，其特征在于印刷电路板(60)支承磁铁(55)。
4.根据上述任何一项权利要求所述的流量检测器，其特征在于传感器(52)借助于一根带状电缆(62)与一个控制装置(72)电连接，并且带状电缆(62)从传感器(52)通过流量检测器的壳体(10)内的一个孔导引到控制装置(72)。
5.根据权利要求2至4之一所述的流量检测器，其特征在于印刷电路板(60)直接与测量室(20)相邻地设置，并且仅仅通过一种填料(66)与测量室(20)分开。
6.根据上述任何一项权利要求所述的流量检测器，其特征在于磁铁(55)是一个钐钴磁铁。
全文摘要
本发明涉及一种流量检测器，包括一个测量室，一种流体可输入到该测量室内并且可以再输出，该流体的体积和/或流速要被测量。可自由旋转地支承的测量装置元件设置在测量室内。此外设有一个用于在测量室及其周围环境内产生一个磁场的磁铁。至少一个传感装置用于测量磁场和/或磁场的变化。用于测量磁场的传感装置具有至少一个传感器，该传感器利用巨磁阻。
文档编号G01D5/16GK1957236SQ200580016472
公开日2007年5月2日 申请日期2005年6月6日 优先权日2004年6月4日
发明者W·埃特勒 申请人:Vse容量技术有限公司